Nitelikli ön ayakları Sıçanlarda Görev ulaşan bir Yüksek hassasiyet Edinme
Summary
A paradigm is presented to analyze the acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats.
Abstract
Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor learning and execution is of critical importance in order to understand the principles and processes that underlie motor function. Here we present a paradigm to study movement acquisition within a daily session of training (within-session) representing the fast learning component and primary acquisition as well as skilled motor learning over several training sessions (between-session) representing the slow learning component and consolidation of the learned task. This behavioral paradigm increases the degree of difficulty and complexity of the motor skill task due to two features: First, the animal realigns its body prior to each pellet retrieval forcing renewed orientation and preventing movement execution from the same angle. Second, pellets are grasped from a vertical post that matches the diameter of the pellet and is placed in front of the cage. This requires a precise grasp for successful pellet retrieval and thus prevents simple pulling of the pellet towards the animal. In combination with novel genetics, imaging and electrophysiological technologies, this behavioral method will aid to understand the morphological, anatomical and molecular underpinnings of motor learning and memory.
Introduction
Hareket kontrolü merkezi sinir sistemi (MSS) bir çekirdek fonksiyonudur. Motricity CNS fonksiyonunun başlıca ölçülebilir çıkışı ve bireylerin dış dünya ile etkileşim için temel olasılık. Motor fonksiyon ilkelerini ve bir motor görevi öğrenme halen nörobilim büyük zorluklardan biridir altında yatan mekanizmaların anlaşılması. Morfolojik, fizyolojik ve moleküler değişiklikler, yeni bir motorun görev edinimi üzerine bulundu. Örneğin, şekil ve sinapsların sayısının vasıflı motorlu eğitim 1-5 cevaben değiştirmek ve sinaptik makine fonksiyonel değişiklikler motor öğrenme sonra gözlenmiştir. Sinaptik tepkiler, aynı hayvanın veya eğitimsiz hayvanlardan 6,7 den tepkiler eğitimsiz yarımkürede göre eğitilmiş motor korteksin ön ayakları-temsilen bölge bağlantılarında yüksek bulunmuştur. Elektrofizyolojik gözlemler de uzun vadeli potansiyasyonu (LTP) ve uzun önermekmekanizmalar gibi işlemleri Mehmet Akif Ersoy depresyon (LTD), yeni bir motor becerilerin öğrenme sırasında gerçekleşecek ve LTP ve LTD doygunluk sınırlayıcı sınırları arasında tanımlanan sinaptik operasyon aralığında olduğunu, 8 değiştirilir. Bundan başka, bu örneğin öğrenme ile ilgili nöronal plastisite 9-16 için Nogo-A görüntüleme düzenleyici rolleri olarak c-fos, GAP-43, veya BDNF değil, aynı zamanda plastisite inhibe moleküller olarak molekülleri teşvik bu aktivite belirteçleri ve plastisite gösterilmiştir.
Motor öğrenme altında yatan mekanizmaların daha iyi anlaşılmasına yönelik bu gelişmeler sadece yeni bir motor becerilerin, örneğin, vasıflı ön ayakları kapsamlı edinimi hassas kontrolünü sağlayan davranışsal paradigmaların kullanımı ile elde edilebilir. Sadece iyi yapılandırılmış davranış görev izlemek ve öğrenme ve ilgili görevin yürütülmesi sırasında meydana gelen karşılıklı değişiklikleri yakalamak için izin verir. Burada görsel yetenekli ön ayakları değiştirilmiş bir versiyonunu göstermekBuitrago ve ark., 17 sunulan paradigma uyarlanan sıçanlarda tek pelet ulaşan görev birkaç seans üzerinden hızlı öğrenme bileşeni ve primer alımını temsil (içi oturumda) günlük bir eğitim oturumu içinde hareket edinimi analizini yanı sıra vasıflı motorlu öğrenmeyi veriyor (arası oturumda) öğrenilen görev 18 yavaş öğrenme bileşenini ve bakım temsil eder. İlk olarak, fareler, her kavramak sonra ekseni etrafında çevirmek ve böylece bir sonraki pelet ulaşabileceği önce kendi vücudunu yeniden düzenlemek ve yenilemek için eğitilmiştir: Daha da önemlisi, bu davranış paradigma nedeniyle iki özellik motor beceri görevin zorluk ve karmaşıklık derecesini artırır vücut yönelim, aynı açıdan sürekli hareket yürütme önlenmesi. İkinci olarak, peletler kafesin önüne yerleştirilen dikey bir mesaj alınır. Nedeniyle yazının küçük çapa, topaklar kolaylıkla başarılı alımı ve p için kesin bir kavrayışa gerektiren başladı edilebilirreventing basit hayvana karşı pellet çekerek.
Böyle karmaşık davranışsal test motoru öğrenmeyi altında yatan mekanizmaların derinlerine anlayışlar verir. Bu çalışmada sunulan farelere kıyasla, sıçanlar karmaşık davranışsal görevleri kendi performans, üstün ve dolayısıyla daha uygun kompleks paradigmaları içindir. Sıçanlarda 19,20 artan genetik olasılık mevcut göz önüne alındığında, genetik manipülasyon, görüntüleme ve fizyolojik teknikleri ile hassas ve iyi kontrollü davranışsal test yöntemlerinin kombinasyonu daha iyi, motor öğrenme ve hafıza nörobiyolojik temelini anlamak için güçlü bir araç kutusu temsil eder.
Protocol
Representative Results
Discussion
. Bu çalışmada gösterilen paradigma Buitrago ark 18 uyarlanan ve başlıca iki açıdan paradigma 17 ulaşan klasik tek pelet farklıdır:
Birincisi, içinde oturum gelişme okuyan bu tür günlük ortalama değerleri ile temsil yavaş öğrenme bileşeni ile karşılaştırıldığında hızlı öğrenme bileşeni soruşturma gibi bilgileri farklı bir seviyede sağlayabilir, tek bir gün içinde öğrenilen görev, analizi (Şekil 3'e bakını…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma İsviçre Ulusal Bilim Vakfı (Hibe 31003A-149315-1 MES ve AZ Grant IZK0Z3-150809 için), AZ Heidi Demetriades Vakfı, Avrupa Araştırma Konseyi ('Nogorise'), MES ve hibe tarafından finanse edildi Christopher ve Dana Reeve Vakfı (CDRF).
Materials
| 1 | Training Box | Self Made | |
| 2 | Pedestal | Self Made | |
| 3 | Sugar Pellets | 45-mg dustless precision pellets, TSE Systems Intl. Group | |
| 4 | Animals | 5-6 week old Sprague Dawley Male Rats | |
| 5 | Laptop | Hewlett Packard | |
| 6 | Stop Watch | ||
| 7 | Forceps | Fine Science Tools (FST) | |
| 8 | Software | Excel (Microsoft), GraphPad Prism (GraphPad) | |
| 9 | Weighing scale | ||
| 10 | Counter | ||
References
- Fu, M., Yu, X., Lu, J., Zuo, Y. Repetitive motor learning induces coordinated formation of clustered dendritic spines in vivo. Nature. 483, 92-95 (2012).
- Fu, M., Zuo, Y. Experience-dependent structural plasticity in the cortex. Trends in neurosciences. 34, 177-187 (2011).
- Holtmaat, A., Svoboda, K. Experience-dependent structural synaptic plasticity in the mammalian brain. Nature reviews. Neuroscience. 10, 647-658 (2009).
- Xu, T., et al. Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories. Nature. 462, 915-919 (2009).
- Yu, X., Zuo, Y. Spine plasticity in the motor cortex. Current opinion in neurobiology. 21, 169-174 (2011).
- Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Donoghue, J. P. . Learning-induced LTP in neocortex. Science. 290, 533-536 (2000).
- Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Hess, G., Donoghue, J. P. Strengthening of horizontal cortical connections following skill learning. Nature neuroscience. 1, 230-234 (1998).
- Rioult-Pedotti, M. S., Donoghue, J. P., Dunaevsky, A. Plasticity of the synaptic modification range. Journal of neurophysiology. 98, 3688-3695 (2007).
- Fritsch, B., et al. Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: potential implications for motor learning. Neuron. 66, 198-204 (2010).
- Ghiani, C. A., Ying, Z., de Vellis, J., Gomez-Pinilla, F. Exercise decreases myelin-associated glycoprotein expression in the spinal cord and positively modulates neuronal growth. Glia. 55, 966-975 (2007).
- Josephson, A., et al. Activity-induced and developmental downregulation of the Nogo receptor. Cell and tissue research. 311, 333-342 (2003).
- Karlen, A., et al. Nogo receptor 1 regulates formation of lasting memories. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106, 20476-20481 (2009).
- Kleim, J. A., Lussnig, E., Schwarz, E. R., Comery, T. A., Greenough, W. T. Synaptogenesis and Fos expression in the motor cortex of the adult rat after motor skill learning. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 16, 4529-4535 (1996).
- Mironova, Y. A., Giger, R. J. Where no synapses go: gatekeepers of circuit remodeling and synaptic strength. Trends in neurosciences. 14, 7-23 (2013).
- Park, H., Poo, M. M. Neurotrophin regulation of neural circuit development and function. Nature reviews. Neuroscience. 14, 7-23 (2013).
- Zemmar, A., et al. Neutralization of Nogo-A enhances synaptic plasticity in the rodent motor cortex and improves motor learning in vivo. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 34, 8685-8698 (2014).
- Whishaw, I. Q., Pellis, S. M. The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a proximally driven movement with a single distal rotatory component. Behavioural brain research. 41, 49-59 (1990).
- Buitrago, M. M., Ringer, T., Schulz, J. B., Dichgans, J., Luft, A. R. Characterization of motor skill and instrumental learning time scales in a skilled reaching task in rat. Behavioural brain research. 155, 249-256 (2004).
- Geurts, A. M., et al. Knockout rats via embryo microinjection of zinc-finger nucleases. Science. 325, 433 (2009).
- Tews, B., et al. Synthetic microRNA-mediated downregulation of Nogo-A in transgenic rats reveals its role as regulator of synaptic plasticity and cognitive function. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , (2013).
- Li, D., et al. Heritable gene targeting in the mouse and rat using a CRISPR-Cas system. Nature. 31, 681-683 (2013).
